2488

Из выражения (4-45) видно, что при постоянстве параметров схемы принудительной коммутации, амплитуда напряжения на конденсаторе в квазиустановившемся режиме, а, следовательно, и отключающая способность схемы принудительной коммутации являются функциями параметров UXX, RЭ, R , которые служат для настройки режимов сварки и д, которое может при нормальном процессе скачкообразно меняться от некоторого значения, определяемого видом, режимом сварки, материалом электрода и тому подобным до нуля. Поэтому является необходимым исследование изменения амплитуды напряжения на конденсаторе и отключающей способности схемы принудительной коммутации во всем реальном диапазоне регулирования режима сварки.

4.1.3. Исследование работы схемы принудительной коммутации при регулировании режима сварки

Все источники питания для сварки с крутопадающей внешней характеристикой имеют регулировку тока либо за счет изменения напряжения холостого хода, либо за счет изменения сопротивления сварочной цепи. Причем в последнем случае это может быть как омическое сопротивление балластного реостата, так и эквивалентное сопротивление источника питания. Поэтому важно знать, как будет изменяться отключающая способность тиристорного ключа при регулировании этих параметров.

83

В соответствии с выражениями, полученными выше, был проведен анализ отключающей способности тиристорного ключа в реальном диапазоне изменения параметров.

На рис. 4-3, 4-4 заштрихованы области, в которых находится значение времени tВ, предоставляемого схемой для выключения силового тиристора при регулировании сопротивлений RЭ и Rи различных сочетаний остальных параметров, в случае питания от многопостового источника через балластное сопротивление в режиме короткого замыкания (рис. 4-3) и в режиме горения дуги (рис. 4-4). На рис. 4-5, 4-6 заштрихованы области соответственно при горении дуги и коротком замыкании, в которых находится время tв при регулировании режима при помощи сопротивления Rб и напряжения холостого хода источника при номинальном сопротивлении Rэ = 0,123 Ом и различных сочетаниях остальных параметров, которые выражены в относительных единицах. При этом остальные параметры выражаются как:

84

сти в проверке отключающей способности схемы принудительной коммутации при измененмм напряжения холостого хода ниже номинального.

Сравнения областей значений tВ на рис. 4-3, 4-4 показывает, что в области рабочих режимов ( Rэ) tВ выше при горении дуги, поэтому расчет параметров схемы принудительной коммутации нужно производить для режима короткого замыкания.

При изменении сопротивления Rб от минимального значения до максимального напряжение на коммутирующем конденсаторе также увеличивается. И если при Rэ >Rэн установившееся амплитудное значение напряжения на конденсаторе представляет интерес только с точки зрения обеспечения отключающей способности, то при Rэ=Rэн это напряжение не должно

86

превышать допустимое для данного класса тиристоров. На рис. 4- 7, 4-8, 4-9 построены области напряжений на коммутирующем конденсаторе в режиме нагрузки (Rэ =1) в установившемся режиме для крайних значений Rб.

Анализ областей значений показывает, что с уменьшением активного сопротивления зарядного контура, увеличением его волнового сопротивления и увеличением добротности коммутирующего контура раскачка напряжения на коммутирующем конденсаторе увеличивается. Можно выделить области значений параметров, в которых раскачка минимальна:

4.2. Модулятор для работы с источником, обладающим жесткой внешней характеристикой

Поскольку напряжение на коммутирующем конденсаторе, достигнутое в режиме холостого хода, является начальным для первого цикла отключения тока нагрузки, необходимо получить выражение для определения этого напряжения.

4.2.1. Режим холостого хода

На втором этапе работы процессы в коммутирующем контуре описываются выражениями (3-28) - (3-30). Напряжение в конце второго этапа, являющееся начальным для третьего этапа, определяется выражением (3-33).

Для третьего этапа расчетная схема представлена на рис. 4-10.

87

Процессы в зарядном и перезарядном контурах описываются следующими уравнениями, представленными в операторной форме.

Решением этих уравнений будут выражения

При переходе к оригиналу имеем

В выражениях (4-50), (4-51)

88

Третий этап заканчивается в момент времени, когда i4(t)=0. В этот момент в зарядной цепи скачком появляется напряжение конденсатора и начинается четвертый этап, в течение которого зарядный дроссель L3 отдает свою энергию конденсатору.

При условии i4(t)=0 решить уравнение (4-51) в общем виде невозможно, так как оно трансцендентно относительно искомой величины t. Поэтому длительность третьего этапа обозначим r3 и в дальнейшем будем оперировать этим выражением.

Напряжение на конденсаторе С и ток в дросселе L3 в конце третьего этапа является начальным для четвертого этапа. Ток в конце третьего этапа определяется выражением

На четвертом этапе процесс в зарядном контуре описывается следующим выражением, пред-

ставленным в операторной форме

Решением этого уравнения будет выражение

89

При переходе к оригиналу имеем:

На четвертом этапе напряжение конденсатора определяется следующим выражением

Напряжение на конденсаторе в конце четвертого этапа определится при подстановке (4-60) в (4-59)

Выражение (4-61) справедливо и для режима нагрузки, но при этом начальное напряжение конденсатора на четвертом этапе будет определяться следующим выражением

90

где, в свою очередь, t3 должно определиться из выражения (4-51). Решить уравнение (4-61) для установившегося значения напряжения на конденсаторе в режиме холостого хода и нагрузки не представляется возможным, так как выражение (4-51), из которого должна определиться продолжительность третьего этапа,

является трансцендентной относительно нее.

4.2.2. Исследование электромагнитных процессов.

Исследования проведены в реальном диапазоне параметров

элементов схемы по выражениям, полученным выше.

На рис. 4-11, 4-12 приведены кривые квазиустановившегося значения начального напряжения на коммутирующем конденсаторе в режиме холостого хода. Напряжение на конденсаторе мало зависит от общей величины индуктивности зарядного дросселя L3, но с увеличением ее при сохранении соотношения K между индуктивностью перезарядной части дросселя и индуктивностью всего дросселя, напряжение несколько снижается. Это можно объяснить тем, что при большей величине L3 нарастание тока через верхнюю часть дросселя происходит медленнее, и к началу четвертого этапа конденсатор успевает в большей мере перезарядиться, а ток в дросселе будет иметь меньшую величину и добавка энергии от источника будет меньше. Увеличение активного

91

сопротивления зарядного контура смещает все кривые в сторону меньших напряжений.

Напряжение на конденсаторе сильно зависит от коэффициента K, определяющего соотношение между индуктивностью нижней части и всего дросселя L3. При помощи этого соотношения можно в широких пределах изменять напряжение на конденсаторе в установившемся режиме холостого хода, которое является начальным для первого цикла коммутации в режиме нагрузки.

Действие диода VD3, ограничивающего возрастание напряжения на конденсаторе, проявляется до значения коэффициента К, лежащего в пределах 4<K<5. При дальнейшем увеличении К диод не проводит ток. Это объясняется тем, что ток в зарядном контуре возрастает по экспоненциальному закону более круто,

чем синусоидальный ток в перезарядном контуре, и поэтому они не имеют общей точки. Э.д.с. самоиндукции в нижней части дросселя превышает начальное напряжение конденсатора, что препятствует протеканию тока через диод VD3.

На рис. 4-13, 4-14 представлены кривые напряжения на конденсаторе в функции тока нагрузки. С увеличением нагрузки напряжение на конденсаторе возрастает за счет энергии, получаемой от дросселя L1. С увеличением коэффициента К

раскачка напряжения уменьшается. Уменьшение возрастания напряжения происходит также и при увеличении сопротивления за-

92